Investigation of the possibility of complete replacement of sugar with fructose in the production technology of foamy confectionery

UDC 664.1
Publication date: 27.12.2021
International Journal of Professional Science №12-2021

Investigation of the possibility of complete replacement of sugar with fructose in the production technology of foamy confectionery

Исследование возможности полной замены сахара на фруктозу в технологии производства пенообразных кондитерских изделий

Medvedeva Maria Ivanovna
Nikolaeva Natalia Valeryevna

1. student, Moscow State University of Technology and Management named after K.G. Razumovsky (PKU)
2. Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Moscow State University of Technology and Management named after K.G. Razumovsky (PKU)


Медведева Мария Ивановна,
Николаева Наталья Валерьевна

1. студент, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г. Разумовского (ПКУ)»
2. к.т.н., доцент, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г. Разумовского (ПКУ)»
Аннотация: На рынке кондитерского производства представлен большой ассортимент сахаристых изделий, но среди них изделий функционального и диетического назначения очень мало. Поэтому целью данной работы была разработка технологии производства пенообразного полуфабриката (безе) с заменой сахара на фруктозу, которая обладает низким гликемическим индексом, не вызывает скачков уровня инсулина в крови, и может применяться в десертах для людей, страдающих сахарным диабетом. Для полной замены сахара в технологии изготовления безе на фруктозу, были изучены химические и физические свойства фруктозы и их влияние на процессы пенообразования и пеноустойчивости. В связи с тем, что фруктоза в своих свойствах имеет ряд отличий от сахарозы (более высокая растворимость, более низкая температура плавления, высокая гигроскопичность, более низкое рН среды, меньшая устойчивость к окислению и т.д.), были сделаны рекомендации, которые необходимо учитывать при разработке технологии производства безе на основе фруктозы. На основе этих рекомендаций были подобраны ингридиенты для рецептуры и разработана аппаратурно-технологическая схема производства на основе технологической схемы производства классического безе с внесением некоторых изменений (добавлены емкости и дозаторы для дополнительных ингридиентов; подобран смеситель, позволяющий вносить ингридиенты в процессе сбивания пены; добавлен аэратор и изменена конфигурация печи для выпечки). В результате был получен продукт, соответствующий требованиям «Технические условия на пирожное безе классическое» с пониженной энергетической ценностью и обладающий некоторыми диетическими и диабетическими свойствами.

Abstract: There is a large assortment of sugary products on the confectionery market, but there are very few functional and dietary products among them. Therefore, the purpose of this work was to develop a technology for the production of a foamy semi-finished product (meringue) with the replacement of sugar with fructose, which has a low glycemic index, does not cause spikes in insulin levels in the blood, and can be used in desserts for people suffering from diabetes. To completely replace sugar in the technology of making meringue with fructose, the chemical and physical properties of fructose and their effect on the processes of foaming and foam resistance were studied. Due to the fact that fructose in its properties has a number of differences from sucrose (higher solubility, lower melting point, high hygroscopicity, lower pH of the medium, less resistance to oxidation, etc.), recommendations were made that should be taken into account when developing a technology for the production of meringue based on fructose. Based on these recommendations, ingredients for the formulation were selected and an equipment and technological production scheme was developed based on the technological scheme for the production of classic meringue with some changes (containers and dispensers for additional ingredients were added; a mixer was selected that allows you to add ingredients in the process of churning foam; an aerator was added and the configuration of the baking oven was changed). As a result, a product was obtained that meets the requirements of the "Specifications for classic meringue cake" with a reduced energy value and has some dietary and diabetic properties.
Ключевые слова: фруктоза, производство безе, свойства фруктозы, пенообразование, диетические продукты

Keywords: fructose, meringue production, properties of fructose, foaming, dietary products


Введение

Одним из направлений государственной политики Российской Федерации является создание технологий производства продуктов лечебно-профилактического назначения для предупреждения различных заболеваний и укрепления защитных функций организма. Основой для создания таких продуктов могут быть сахаристые изделия,  т.к. на их долю приходится 18% всего совокупного объема продаж кондитерских изделий в России.

В настоящее время спросом у населения пользуется безе, потребление которого на душу населения в среднем составляет 2,4 кг в год. В своём составе безе содержит белок (протеины, витамины группы В и РР, минералы), лимонную кислоту (витамин С), углеводы, которые являются полезными функциональными ингредиентами. Недостатком безе, как и других кондитерских изделий, является присутствие в их составе большого количества сахара, чрезмерное употребление которого вызывает целый ряд серьезных заболеваний и противопоказано для употребления людям, страдающим сахарным диабетом. Одним из способов решения данной проблемы может быть замена сахара на  фруктозу, которая имеет низкий гликемический индекс и не вызывает резких скачков уровня инсулина в крови [5]. Поэтому разработка продуктов на основе фруктозы, в т.ч. производства безе на основе фруктозы, позволит повысить качество и расширить ассортимент сахаристых изделий на рынке диетических и функциональных продуктов [8].

Безе относится к пенообразным кондитерским массам, в которых дисперсионной средой является сахаро-фруктово-белковый, агаро-сахаро-белковый или пектино-сахаро-белковый золь (жидкость), способный при определенных условиях переходить в гель или студень; а дисперсной фазой являются недоформированные пузырьки воздуха (газ), причем пузырьки отделены друг от друга тонкими пленками жидкости (дисперсионной среды).

Форма пузырьков в пене зависит от соотношения объемов газа и жидкости в ней (характеризуется относительной или объемной плотностью пены), степени полидисперсности пены и способа упаковки пузырьков. Ячейки пен, для которых соотношение объемов газовой и жидкой фаз составляет несколько десятков и даже сотен, разделены очень тонкими жидкими пленками и их ячейки представляют собой многогранники [16].

Пены являются термодинамически неустойчивыми системами, так как имеют сильноразвитую поверхность раздела фаз. Для придания устойчивости пене необходимо присутствие в жидко­сти пенообразователей (ПАВ), молекулы которых обладают дифильными свойствами и адсорбируются определенным образом на границу раздела фаз, в результате чего на границе раздела фаз снижается поверхностное натяжение.  При определенной концентрации ПАВ наступает “насыщение” адсорбционного слоя, начинается мицеллообразование (адсорбированные молекулы ориентируются перпендикуляр­но поверхностному слою). Стабилизирующее действие адсорбционных слоев ПАВ заключается в уменьшении скорость течения жидкости по каналам и пленкам пены, невозможность развития конвективного переноса и создании определенного профиля каналов пен, в зависимости от типа ПАВ и градиента давления.

Кондитерские пенообразные массы получают диспергационным способом, т.е. при перемешивании жидкости захватывается воздух и дробится на мелкие частички. Одной из важнейших характеристик пены является ее дисперсность, которая определяет многие свойства и процессы, протекающие в ней, а также технологические качества пены.

Одним из факторов самопроизвольного разрушения пены является диффузионный перенос газа из маленьких пузырьков в более крупные, который вызывается неодинаковым давлением газа в пузырьках. Адсорбционные слои ПАВ уменьшают капиллярное давление в малых пузырьках при их сжатии и увеличивают его в больших пузырьках при их расширении.

Подробнее…

References

1. Азрилевич М.Р. Заменители сахара. Пищевые ингредиенты. – М.: Профессия, 2003. – 45 с.
2. Вытовтов А.А. Товароведение и экспертиза вкусовых товаров (Учебник). – М.: ИНФРА-М, 2020. – 576 с.
3. Драгилев А.И., Селезнёв Я.М. Оборудование кондитерского производства. –М.: Мастерство, 2001. – 272 с.
4. Каганов И.Н., Славянский А.А. Гранулометрия сахара-песка/ Сахарная промышленность. 1970. № 12. С. 6-10.
5. Корпачев В.В. Сахара и сахарозаменители. – Киев: МИС, 2020. – 430 с.
6. Кристаллы сахарозы как основа сахарсодержащих продуктов/Николаева Н.В., Митрошина Д.П., Славянский А.А., Грибкова В.А., Лебедева Н.Н.//Сахар. 2021. № 8. С. 34-39
7. Лебедева Л.Н., Дудко С.Д., Оболкина В.И. Производство кондитерских изделий на предприятиях и в цехах малой мощности (Учебное пособие). – Киев: ИНКОС, 2010. – 312 с.
8. Линич Е.П., Сафонова Э.Э. Функциональное питание (Учебное пособие). – М.: Лань, 2017. – 180 с.
9. Лобосова Л.А. Разработка технологии зефира функционального назначения на основе фруктозы. Диссертация на соискание степени к.т.н. – М.: Дата публикации: 2007. – 149 с.
10. Славянский А.А., Штерман С.В., Скобельская З.Г. Сахар-песок как сырье для производства карамели//Кондитерское производство. 2001. № 1. С. 14-16.
11. Технические условия на пирожное безе классическое – ТУ. – М.: Дата введения: 2016. – 14 с.
12. ТР ТС 021/2011. Технический регламент Таможенного союза. О безопасности пищевой продукции. – М.: ЦЕНТРМАГ. Дата принятия 09.12.2011. – 242 с.
13. Штамм А.А. Кондитерские изделия. – М.: ИНФРА-М, 2012. – 159 c.
14. Шумилкина М.Н., Дроздова Н.В. Кондитер (Учебное пособие). – М.: ФГОС, 2020. – 315 с.
15. The structure development of yogurt with vegetable ingredients/ Канарейкина С.Г., Канарейкин В.И., Ганиева Е.С., Бураковская Н.В., Шадрин М.А., Халепо О., Бабаева М.В., Николаева Н.В., Восканян О.С.// International Journal of Recent Technology and Engineering. 2019. Т. 8. № 2. С. 1587-1592
16. Development of technology for powdered soy milk with the addition of coconut powder/Orlova A.Yu., Gribkova V.A., Lebedeva N.N., Slavyanskiy А.А., Nikolaeva N.V.
//В сборнике: BIO Web of Conferences. International Scientific Conference. 2021. С. 06013